分岔式隧道設計施工的關鍵技術研究.pdf

1、由于地形條件的限制和減少工程造價的考慮，正在施工建設的滬蓉西高速公路八字嶺隧道出口采用分岔式形式。分岔隧道由大拱段、連拱段、小凈距段和分離段組成，設計、施工都比較復雜，本文分別采用理論分析、模型試驗、數(shù)值計算的方法研究了分岔隧道設計施工中的關鍵技術。并采用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了對比分析，證明了研究結果的正確性。 建立了隧道中墻的承載模型，針對連拱隧道的混凝土中墻和小凈距隧道的巖體中墻，分別給出了中墻的極限強度表達式，最后給出了中墻的

2、失穩(wěn)判據(jù)。研究了小凈距隧道中間巖墻的支護措施，當中墻埋深一定時，可以通過加固措施提高中墻的C，φ值，采用預應力貫穿錨桿增加中墻的側向力等加固措施增加中墻的強度。 應用新型地質力學模型試驗臺和IBSCM相似材料對分岔隧道這種新型的隧道結構進行了研究。共做了2個模型，分別研究了分岔隧道大拱段一連拱段和連拱段一小凈距段的施工全過程及其在施工過程中的受力、變形、破壞形態(tài)和模型2的超載安全度。試驗結果表明，大拱段和連拱段開挖位移不大，拱頂

3、只有4mm左右，連拱段和小間距段的最終位移為4.5-6mm之間，水平位移都較小。中墻內的壓應力集中，約為6.5MPa。大拱段和連拱段過渡處最危險，連拱中墻承受較大的壓力，且中墻上部產生拉應力。模型2的拱頂、拱腰和中墻是隧道較易發(fā)生破壞的區(qū)域，靠近連拱段的小凈距段較為危險。隧道超載安全度為3.5。． 采用損傷與彈塑性耦合的方法，根據(jù)不可逆熱力學原理，推導出了損傷軟化破壞理論，并用VISUAL FORTRAN6.5編制了大型三維損傷

4、彈塑性有限元D-FEM程序。它能模擬巖土工程的開挖、回填等施工過程，且具有求解速度快、群組功能、材料模型多等特點。并采用FLAC3D進行了驗證，結果表明考慮巖體損傷軟化后的D-FEM有限元程序計算結果更加符合巖體破壞的真實特點。 應用損傷彈塑性有限元D-FEM程序分別研究了分岔隧道連拱段直中墻、連拱段曲中墻和小凈距段中墻的合理取值，研究了不同圍巖類別、不同埋深對中墻寬度的影響，并對分岔隧道的施工工序進行了優(yōu)化。通過分析得出如下結

5、論：(1)直中墻隧道的穩(wěn)定性比曲中墻隧道要好，連拱段隧道中墻形式易采用整體式直中墻形式。(2)八字嶺分岔隧道采用左洞超前32m，左右洞同步開挖的施工工序比較合理。 提出了分岔隧道整體線型優(yōu)化設計的最優(yōu)化模型。根據(jù)此模型，可以得出最經濟的線型。分析了分岔隧道的支護措施，并針對八字嶺分岔隧道原設計提出了建議。 現(xiàn)場監(jiān)測了分俞隧道大拱段、連拱段和小凈距段等不同斷面的位移、錨桿內力、鋼結構內力、二次襯砌內力、中墻壓力及圍巖松動圈